无论是垃圾填埋场还是垃圾焚烧厂,渗滤液的特点是水量水质受季节、气候等因素的影响大,成分复杂、污染物浓度高、可生化性差,渗滤液处理工艺大多采用“预处理+生化+深度处理”工艺,其中生化处理普遍采用MBR工艺,是整个渗滤液处理系统的核心,是出水能否达标排放的重要保障。
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8 h4 }4 A' A* _$ q# l$ x* k垃圾渗滤液MBR处理系统设计要点如下:
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% K9 t. M: z! Q. o8 H9 \9 \" N◆MBR生化处理系统的设计应以COD进行计算;; V s$ z2 P/ d2 B. i
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◆规模较小时可以采用一条线,规模较大时需设置二条线;* O' N) h+ V3 b3 a
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◆渗滤液处理出水对总氮无要求时采用单级生物脱氮,出水对总氮有要求时采用二级生物脱氮;! X7 B1 r4 u* h( E9 ~4 x! n9 C9 l& r
; R5 z, Y# G) A$ I' ?2 p◆合理选取水温、泥龄、污泥浓度、剩余污泥产率及单位耗氧量等设计参数,通过计算确定混合液回流比;; f) o. U& N) X) m; f1 N
% |+ |6 d* _" i9 y/ R# e) X _◆外加碳源可以采用甲醇、乙酸钠、葡萄糖等,分别投加在缺氧池和后置反硝化池;
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- P" g7 F- k9 T6 D4 K* Z◆通过控制生物池内水的流态、利用空气管道控制曝气区域、控制膜分离和污水冷却系统回流位置等技术措施,可以取得良好的处理效果。
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1用COD进行设计计算* Z9 p6 D' a$ @% n# @" i1 ~
. V. d+ O( n+ j5 z6 j大部分的生化处理系计是按BOD进行设计计算的,但对垃圾渗滤液而言,COD浓度远远高于BOD浓度,二者的比值COD/BOD>2.2,此种情况下如果仍按BOD进行设计,会存在较大误差,严重影响处理效果,因此垃圾渗滤液MBR生化处理系统应以COD进行设计计算,实际运行结果证明,这种计算方式是符合实际情况的、是合理的。0 \8 ~! `$ M* V' n- n
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2一条线和二条线的设定原则设置
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许多垃圾渗滤液处理工程,生化处理部分往往只设置一条线,检修、维护时整个系统必须停止运行,对整个渗滤液处理系统影响很大,而且恢复运行难度也很大。因此为保证渗滤液处理系统能够连续稳定运行,同时考虑到渗滤液处理规模大小不一,原则上规模较小时可考虑设置一条线,规模较大时可应采用二条线,使系统的运行更加可靠、灵活和合理,把由于检修维护的影响降到最低。
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) n7 `" b8 _9 ]: y6 V根据渗滤液处理工程的特点,工程规模Q≤200m3/d的渗滤液处理工程可以按一条线进行设计,工程规模Q<400m3/d的渗滤液处理工程,优先考虑采用二条线,如果现场条件不允许也可采用一条线,工程规模Q≥400m3/d的渗滤液处理工程应采用二条线。
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7 |$ F& Y$ a+ u* w5 K3单级生物脱氮和二级生物脱氮的适用条件/ M$ j7 ]7 n6 l* F7 t) `' @4 y
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所谓单级生物脱氮系统,就是在系统内设置缺氧池和好氧池,利用微生物的硝化和反硝化反应达到去除总氮的目的,对于进水氨氮浓度较低或排放标准对总氮没有要求的项目,采用单级生物脱氮即可满足要求。- t! X4 C* Q# m3 y) W, Q# \
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图1单级生物脱氮系统示意图
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/ c5 E5 e1 e/ Z) F事实上经过单级生物脱氮处理后,出水中仍会含有一定量的硝酸盐,尤其是进水氨氮浓度高的情况下,出水中硝酸盐的含量会更高,总氮也相应偏高。在出水对总氮有严格要求的地区,为保证出水总氮达标,在单级生物脱氮后再增设后置反硝化池和后曝气池,亦即二级生物脱氮系统,通过投加外加碳源,利用微生物的硝化和反硝化反应进一步去除剩余的硝酸盐,进而达到提高总氮去除率的目的。
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; C9 I. ^4 ~6 X图2二级生物脱氮系统示意图
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$ m% a0 h& U. i! s# ?5 y* K垃圾渗滤液原液中氨氮浓度很高,一般介于2000mg/L~3000mg/L之间,也有高达3000mg/L~4000mg/L,一些排放标准要求出水总氮低于40mg/L,总氮去除率高达98%以上,如此高的去除率对MBR系统提出了更高的要求,单级生物脱氮系统很难达标,必须采用二级生物脱氮方能满足要求。: B v m, v3 c" l
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对于垃圾渗滤液而言,排放标准对总氮没有要求的项目,生化处理系统采用单级生物脱氮,如果排放标准对总氮有严格的要求,应采用二级生物脱氮处理系统,通过控制硝化和反硝化反应的完全程度来控制出水中的总氮。5 Z |6 T+ ^: \
& B$ U* E; C0 B* O8 ?) g4主要设计参数
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9 }: v1 P! F) y' v) U7 ^4.1主要设计参数的选取
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生化处理系统设计参数取值见表1。
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表1MBR系统主要设计参数: o8 K5 R* L5 h! C& C( }0 { Z
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4.2混合液回流比的计算1 m- |. _( v9 A, R: [2 |
t2 L# D3 [, P4 l2 C9 t" |垃圾渗滤液进水氨氮浓度高,排放标准对氨氮和总氮的要求非常严格,混合液回流比对总氮的去除率影响较大,混合液回流比增大,TN去除率也增大,合理确定混合液回流比,才能达到良好的脱氮效果。实际工程设计中,许多工程设计混合液回流比不能满足脱氮要求,出水总氮超标现象非常普遍。
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" d V: L" @* C' \反硝化所需的硝酸盐由污泥回流和混合液回流提供,反硝化率用回流比控制,它们之间的关系为:# {4 o/ U1 F0 W
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. ?# G; M) P% t' f$ w/ A* r, p- f3 [+ _7 A% \" i. U: U. w
反硝化率fde按下式计算:
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需硝化的氨氮量按下式计算:
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* l' h1 y C( m( R" C( h) L(4)Nht=24Q[N-0.05(S0-Se)]×10-3(kg/d), X' u! Q% I' Q! ?& N( {
+ V$ X- M8 L$ I( L
MBR系统采用外置式超滤膜,出水SS接近于零,其含氮量亦按零考虑。
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( v2 s: w4 V: U: Z反硝化的硝酸盐量按下式计算:3 x$ Y/ N: C& t- p( T; W- g+ Y
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(5)NOt=24QNO×10-3(kg/d)
( u- s' D5 Z' ? p& u' e5 K4 u, h& l- x* d* X
式中需反硝化的硝态氮浓度NO按下式计算:9 b+ }+ Y: d& C S7 ^* U, S
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(6)NO=N-0.05(S0-Se)-Ne4 g( B5 h/ U$ P( X1 M- A( N, z/ G
3 Q: T5 ^' N, p8 B5外部碳源投加系统3 S7 ^* p; s& n) S
! T8 a8 a; a' e+ ?9 `' V5.1外部碳源的种类( \9 e1 Q. S7 Z5 k* p* m0 ?( o5 ^
) z0 }4 p3 W) I目前普遍使用的外部碳源有甲醇、乙烷、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等,各种碳源各有优缺点,合理选择外部碳源对脱氮效果、运行成本等影响很大。& I# t( U* X. `& o* Q
2 F& S" w# I9 v5 s& d不同碳源类型对系统的脱氮性能影响存在差异,在实际工程应用中应根据工程的具体情况合理选用外部碳源,综合分析并参考以往的工程经验,外部碳源宜优先考虑采用葡萄糖。
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" C% q5 ]: w* r5.2外部碳源投加位置( e8 s" @) x2 n6 M
8 T) i2 _8 I4 A( s A" Z渗滤液原液碳源极度缺失的情况下,如果不投加外部碳源,会导致生化处理系统内硝酸盐过度积累、碱度缺失,轻则抑制微生物的活性,重则导致系统崩溃,此种情况下为确保系统稳定运行,应在缺氧池和后置反硝化池都投加外部碳源。+ W# w Z% M+ t! G: Z' }7 p
0 } A3 `, i* y% G) ]- C; E如果碳源不是很缺乏,硝酸盐积累现象也不是很严重,系统内能维持正常的硝化反硝化反应,此时宜在后置反硝化池内投加外部碳源,可以节省投加量,从而达到降低运行成本的目的。- m d0 C, k8 G, j; D: a( g
6 {* z I. C9 y% |, u) I( X国内大部分渗滤液处理工程,在后置反硝化池投加新鲜渗滤液,确实可以达到节省运行成本的目的;但由于渗滤液原液含有高浓度的氨氮,而后曝气池未设置内回流系统,导致出水总氮增加,因此在后置反硝化池应投加甲醇或乙酸钠等不含“氮”的外部碳源,而不应投加新鲜渗滤液。% d+ z9 M( Q' ?' z8 A8 k9 A3 P: Q
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5.3外加碳源对生化处理系统的影响) b {. c! d2 m. q4 v/ x7 A* w3 a
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如果渗滤液进水C/N比严重失调,生化处理系统长期靠投加外部碳源维持运行,这种情况与单纯处理垃圾渗滤液有很大不同。无论采用何种碳源,其反应速度均远远高于渗滤液原液,水力停留时间也相应很短,因此池容积也较小。# k' e* j9 _/ S/ @8 l! g0 _
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如果池容积过大、水力停留时间过长,异养好氧反硝化菌得不到足够的营养物质.因而利用自身体内的原生物质进行内源呼吸,进而降低活性污泥的活性,影响处理效果。因此在靠投加外部碳源维持运行的渗滤液生化处理系统,其生物反应池容积不能过大,应通过计算合理确定。 I4 G4 w+ y+ o. z
4 c! c- u7 ]7 I) b4 [* k6工程设计技术措施* `8 l- W9 Y4 m) q
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6.1水流形态的控制9 d$ [1 T, T6 \" y
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许多生物池的设计对水的流态缺少控制,极易发生短流,减少实际水力停留时间,降低整个系统的处理效果。垃圾渗滤液处理生物池内的混合液悬浮固体浓度一般控制住12g/L~15g/L,实际运行过程中有时高达20g/L~30g/L,如此高的污泥浓度,在水流发生短流的情况下,极易发生污泥沉积,从而降低活性污泥的活性,导致处理效率下降。
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8 @4 i2 Q$ o# y a在工程设计中,尤其是大规模的渗滤液处理工程,应在生物池内采取必要措施,控制生物池内水的流态,避免污泥沉积并提高处理效率。7 t2 H) r0 @, ]# n! c; M/ W! k5 _: O
5 n! [3 _$ v0 Q! b# u% o9 z. ~6.2污水冷却系统回流管的设置
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由于高浓度污水在生化反应过程中会释放出大量的热能,同时由于部分电能转化成热能的缘故,垃圾渗滤液处理生物池内会保持较高的温度,过高的水温会抑制微生物的活性,严重时会使生化处理系统瘫痪。因此垃圾渗滤液生化处理均设有污水冷却系统,用污水泵抽取生物池内的混合液进入换热器,与冷却水在换热器内进行热交换,降温后混合液再回到生物池内,从而达到降低生物池内水温的目的。
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对于设有污水冷却设施的生化系统,由好氧池末端取水,将冷却后的污水回流到缺氧池进水端,可以同时起到混合液回流的作用,提高脱氮效果,也可以取代内回流泵节省能耗,但实际操作中要考虑冷却系统间歇运行的影响。
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3 O0 q1 K8 E# U, }图3污水冷却系统示意图6 ]1 [8 M$ s7 P( M1 G& O
$ J$ h: ~. e$ A4 K+ Y4 P6.3膜分离系统回流管的设置
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$ {# _! G* i5 N+ ^0 V在许多垃圾渗滤液处理工程中,MBR系统采用管式膜超滤分离系统,超滤进水泵由好氧池末端取水,进入管式膜浓缩又回流到生物池内。将含有硝酸盐的超滤回流管接至缺氧池进水端,同样可以起到混合液内回流的作用,提高脱氮效率、节省能耗。
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/ \6 z+ X( Q" {2 D- w图4膜分离系统示意图. K& I( Q4 f7 E: e( N4 O( @, ]! l
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